杭州地鐵6號(hào)線覆蓋型巖溶洞穴成層特征

張斌龍，劉建剛，宗巖，計(jì)順順,王美霞

(河海大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 211100)

0 引言

巖溶洞穴是地下水喀斯特作用的產(chǎn)物，絕大多數(shù)洞穴可以在潛流帶中任意深度上發(fā)育，而巖溶發(fā)育的垂直分帶性理論指出，巖溶洞穴發(fā)育的主要位置是沿著或接近于地下水位處。在接近地下水位處的地層處于包氣帶和飽和帶交互處，水位變動(dòng)、流動(dòng)等因素使得這個(gè)部位容易發(fā)育巖溶。隨著時(shí)間的推移，在地質(zhì)構(gòu)造相對穩(wěn)定的時(shí)間內(nèi)長期侵蝕使巖洞洞穴在同一高程慢慢變大，加上偶然崩塌，在地下水位附近形成地殼穩(wěn)定時(shí)期本地層中最大的溶洞。

地殼演變過程中若經(jīng)歷多次隆升，則在地殼的抬升過程中已經(jīng)形成的溶洞上升一定高度，河谷隨著地殼隆升而下切，地下水位下降。原來的巖溶洞穴由于地殼抬升，遠(yuǎn)離地下水位線變成干洞，不再進(jìn)行發(fā)育，而在新的地下水位附近將在另一期的地殼穩(wěn)定期會(huì)形成一層新的巖溶洞穴。這說明在不同的地殼穩(wěn)定期，在靠近地下水位附近會(huì)形成不同高程上分布的最大溶洞，從而可以從大型溶洞的分層特點(diǎn)逆推地質(zhì)構(gòu)造發(fā)生的時(shí)期。

杭州地鐵6號(hào)線河山路站-鳳凰公園站區(qū)間的樁號(hào)YDK2+100～YDK3+020發(fā)育覆蓋型巖溶。該地段自然地面平坦，地面標(biāo)高在3.27～8.75m，屬?zèng)_海積平原地貌單元。上部第四紀(jì)覆蓋層發(fā)育，厚度較大，為35～50m。土體類型較復(fù)雜，厚度較大且性質(zhì)差異較大，基底主要為石炭系黃龍組灰?guī)r。

區(qū)內(nèi)地下水類型可分為第四系松散巖類孔隙性潛水(以下簡稱潛水)、孔隙承壓水、基巖裂隙水和巖溶(地下)水。潛水位一般埋深0.90～3.10m，并隨季節(jié)的變化而變化。潛水主要接受大氣降水和地下水側(cè)向徑流補(bǔ)給，并以蒸發(fā)、側(cè)向地下徑流及下滲基巖裂隙水或巖溶水為主要排泄方式?；鶐r裂隙水主要受上部潛水補(bǔ)給，與潛水有明顯水力聯(lián)系。巖溶(地下)水主要受上部松散巖類孔隙水豎向緩慢入滲匯入，通過巖溶通道匯入地下暗河之中，屬于滲入式補(bǔ)給；巖溶發(fā)育強(qiáng)度、溶洞規(guī)模、鉆探時(shí)相鄰孔中的水位變化等表明，本區(qū)巖溶水連通性好，水量較大。

1 巖溶洞穴發(fā)育特征

在鉆孔揭露深度范圍內(nèi),171個(gè)鉆孔中有125個(gè)鉆孔揭露溶洞,溶洞單體為293個(gè),鉆孔見洞率為73.10%,其中溶洞呈多層的鉆孔有85個(gè)，占見洞鉆孔的68.00%。頂層溶洞埋深35.30～57.90m,洞頂板灰?guī)r厚度0～15.10m,一般為0.5～5.70m。單洞洞高0.20～21.20m,一般為0.50～5.40m。單孔累計(jì)洞高0.30～16.30m,單孔線巖溶率為17.53%～73.52%。

1.1 溶洞高度及分布規(guī)律

如果將洞穴高程分別為-40～-30m、-50～-40m、-60～-50m和<-60m分別為①層～④層，再將鉆孔所揭露的溶洞按其洞高進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(表1)，發(fā)現(xiàn)各層中各種大小的溶洞都有分布：在①層中小于1m溶洞所占頻率最大，占①層中溶洞總數(shù)的39%，大于8m溶洞所占頻率為最小，占①層中溶洞總數(shù)的1%；在②層中溶洞大小在1.0～2.0m所占頻率最大，占②層中溶洞總數(shù)的30%；而在③層中溶洞大小在2.0～4.0m所占比例最大，占③層中溶洞總數(shù)的31%；第④層只有3個(gè)溶洞分布，溶洞的高度分別為1.8m、5.6m和10.5m。

1.2 大型巖溶洞穴分布特征

從巖溶洞穴形成基本理論可以得知，大型的巖溶洞穴能反應(yīng)地質(zhì)構(gòu)造穩(wěn)定期時(shí)間，其成層性能反應(yīng)地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。據(jù)此，繪制本次鉆探揭漏的大型巖溶洞穴分布圖(圖1)。

表1 不同層位溶洞規(guī)模分布特征統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistics of different layer karst cave size distribution features

圖1 鉆孔揭露大型巖溶洞穴分布Figure 1 Borehole intersected large sized karst caves distribution

從圖1可以看出大型巖溶洞穴主要分布在高程為-35m～-65m，隨著巖溶洞穴高度的增加，巖溶分布出現(xiàn)分層現(xiàn)象。從洞穴大于9m的溶洞分布圖可以發(fā)現(xiàn)，巖溶洞穴大致可以分為3層：第一層高程在-38～-42m，第二層的高程在-48～-55m，第三層的高程在-62.5m左右，各層之間的平均高程差為11.5m和10m；在第一層分布的大型溶洞右4個(gè)，在第二層分布的大型溶洞有4個(gè)，在第三層只有1個(gè)大型溶洞；第一和第二層作為古巖溶，基本處于穩(wěn)定狀態(tài)不再發(fā)育，而第三層作為現(xiàn)在正在發(fā)育的巖溶，數(shù)量相比第一層和第二層比較少。這樣的分布結(jié)果符合巖溶發(fā)育理論。

2 巖溶洞穴成層原因分析

陸景岡等[5]人對杭州錢塘江階地研究表明：杭州地區(qū)(靠近富陽段)，錢塘江河谷發(fā)育有三級(jí)階地，一級(jí)階地高于河面10m，二級(jí)階地高于河面20m，三級(jí)階地高于河面30m，各級(jí)階地之間的高程差在10m；三級(jí)階地的發(fā)育是因新生代以來受喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)影響，區(qū)內(nèi)發(fā)生三次間歇性抬升運(yùn)動(dòng)，在早更新世時(shí)期發(fā)育河流三級(jí)階地，在中更新世時(shí)期發(fā)育河流二級(jí)階地，在晚更新世時(shí)期發(fā)育河流一級(jí)階地。對比三層溶洞和河流三級(jí)階地各層之間高程差的關(guān)系可以看出，該區(qū)溶洞成層性發(fā)育與河谷階地的發(fā)育成對應(yīng)關(guān)系。

工程區(qū)和錢塘江杭州段階地同屬一個(gè)地質(zhì)構(gòu)造單元、同一個(gè)水系流域區(qū)，區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造和水流作用基本相似。由此推測工程區(qū)巖溶的發(fā)育過程為：早更新世之前，在巖溶作用下該區(qū)發(fā)育一層水平溶洞；在早更新世，由于地殼抬升使在早更新世之前形成溶洞以及階地隨之抬升；當(dāng)?shù)貧そ?jīng)過地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)后，地殼開始一段穩(wěn)定時(shí)期，該區(qū)發(fā)育了較深一層的新溶洞，形成第二層溶洞，在中更新世，地殼抬升形成二級(jí)階地，該層溶洞也隨之抬升；地殼抬升導(dǎo)致河流繼續(xù)下切，使巖溶在下層發(fā)育，經(jīng)過長期的穩(wěn)定發(fā)育，形成第三層巖溶，在晚更新世時(shí)期發(fā)生第三次地殼抬升，隨之形成第三層溶洞。之后，由于構(gòu)造沉降，該區(qū)逐漸沉積了第四系松散覆蓋層。最終，勘察區(qū)覆蓋型巖溶發(fā)育完成。

3 結(jié)論

本文圍繞杭州地鐵6號(hào)線河山路站-鳳凰公園站工程區(qū)巖溶洞穴成層特征及成因分析，得出如下結(jié)論：

1)工程區(qū)揭露的溶洞在剖面上有明顯的分層性，總體上來可以分為三層：第一層溶洞的高程在-38～-42m，平均高度-40m；第二層溶洞的高程在-48～-55m，平均高程-51.15m； 第三層溶洞的高程在-62.5m，平均高程-62.5m。

2)工程區(qū)巖溶洞學(xué)分層性與杭州地區(qū)的地殼運(yùn)動(dòng)相關(guān)，剖面上三層溶洞的分布反映了杭州地區(qū)新生代以來發(fā)生過三次地殼運(yùn)動(dòng)。

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